一种微机械电容补偿结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微机械电容补偿结构及其制备方法，所述电容补偿结构呈柱体、锥体、台体或倒火山口形状，设置在电容器极板内侧，用于改变电容。在极板下方设置时，在下极板结构层上沉积牺牲层并图形化形成凹坑；沉积薄膜材料，刻蚀去除牺牲层表面介质薄膜材料，保留凹坑内介质材料；沉积电容上极板结构层薄膜材料，并图形化形成释放孔；通过释放孔释放牺牲层后得到补偿电容结构。在电容极板上方设置时，在电容下极板结构层上沉积薄膜材料，刻蚀形成凸起结构；沉积与平坦化牺牲层；沉积电容上极板并图形化形成释放孔；通过释放孔释放牺牲层后得到补偿电容结构。本发明专利技术实现了电容匹配与补偿，特别是针对差分电容结构，达到上下对称电容结构的效果。对称电容结构的效果。对称电容结构的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种微机械电容补偿结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电容式MEMS(微电子机械系统)结构领域，特别涉及一种微机械电容补偿结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]电容式MEMS(微电子机械系统)结构广泛应用于各类器件，在某些应用场合，采用差分电容结构，有利于进一步提高器件性能。差分电容的运动结构在静止状态时，经常需要两侧结构电容对称，有利于可动结构运动过程中差分电容的测量计算。
[0003]通常，对于实心的电容，通过提高介质的介电常数可以提高电容，本专利技术中提及的是可动电容，介质为空气，介电常数通常固定，现有技术改变电容的方法多为改变极板面积或者间距，但实际应用中极板面积和间距常常因为器件设计要求，不好改变，本专利技术提到的通过在极板内侧增加电容补偿结构来改变电容比较巧妙。
[0004]现有技术并没有特别加入高介电常数材料所形成的复合层电容补偿结构,其微凸起结构(Dimple)很短且多为单一材料,经常只当成防止运动时沾黏的结构。
[0005]本专利技术通过在MEMS结构中设计制作电容补偿结构，实现电容补偿来获得上下对称电容结构，同时该结构亦可作为微凸起结构(Dimple)来防止极板运动过程中粘合。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，克服两侧结构电容不对称的问题，从而提供一种微机械电容补偿结构及其制备方法。本专利技术在不改变电容极板面积和间距的情况下，通过在极板内侧设置不同尺寸、材料、密度的补偿结构，可以灵活改变电容。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案提供了一种微机械电容补偿结构及其制备方法。
[0008]本专利技术提出了一种微机械电容补偿结构，所述电容补偿结构呈柱体、锥体、台体或倒火山口形状，其材料为高介电常数的介质，设置在电容器的极板内侧，用于改变电容。
[0009]作为上述技术方案的改进之一，所述电容补偿结构的材料为氮化硅(Si3N4)或由氮化硅(Si3N4)包裹氧化硅(SiO2)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氧化铝(Al2O3)、三氧化二钇(Y2O3)、氧化镧(La2O3)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO)材料中的一种或多种形成的复合层。
[0010]作为上述技术方案的改进之一，所述电容补偿结构设置在上极板下方、下极板上方、中间极板上方或/和中间极板下方，用于实现某一侧电容调整或者两侧电容同时调整。
[0011]作为上述技术方案的改进之一，所述电容补偿结构在极板上的分布密度设置为：均匀分布或两侧密集中间疏松。
[0012]作为上述技术方案的改进之一，所述电容补偿结构的长度设置为：整个极板上的电容补偿结构长度相同或极板中间的电容补偿结构短、极板两侧的电容补偿结构长。
[0013]本专利技术提出了一种微机械电容补偿结构的制备方法，在电容极板下方设置电容补
偿结构时，包括以下步骤：
[0014]a)在与该电容极板相邻的下极板上沉积牺牲层并图形化，形成辅助实现后续电容补偿结构的凹坑；
[0015]b)沉积比空气介电常数大的薄膜材料，填充凹坑形成凸起结构；利用终点刻蚀(End
‑
Point
‑
Detection,EPD)功能，刻蚀去除牺牲层表面介质薄膜材料，保留凹坑内介质材料；
[0016]c)沉积该电容极板薄膜材料，并图形化形成释放腐蚀孔；
[0017]d)利用湿法或者干法腐蚀通过释放孔释放牺牲层后得到电容补偿结构。
[0018]作为上述技术方案的一种改进，步骤b)中去除牺牲层表面介质薄膜材料方式为化学机械抛光CMP，并且磨平至牺牲层表面。
[0019]作为上述技术方案的又一种改进，电容极板的材料为硅、多晶硅(polysilicon)、非晶硅(amorphous silicon)、多晶硅和氮化硅复合层、非晶硅和氮化硅复合层。
[0020]本专利技术提出了一种微机械电容补偿结构的制备方法，在电容极板上方设置电容补偿结构时，包括以下步骤：
[0021]a)在该电容极板上沉积比空气介电常数大的薄膜材料，光刻刻蚀形成凸起结构；
[0022]b)沉积牺牲层并利用CMP平坦化牺牲层；
[0023]c)沉积与该电容极板相邻的上极板并图形化，完成电容补偿结构制作。
[0024]作为上述技术方案的一种改进，沉积牺牲层时，牺牲层的材料为氧化硅、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)的单一材料，或由至少其中两种随机堆叠的复合材料，其沉积方式为化学气相沉积CVD；所述CVD包括低压化学气相沉积LPCVD、常压化学气相沉积APCVD、亚常压化学气相沉积SACVD或等离子增强化学气相沉积PECVD。
[0025]本专利技术所述微机械电容补偿结构实现的技术效果具体表现为：
[0026]1.实现电容补偿，达到上下对称电容结构的效果；
[0027]2.电容补偿结构也可用作微凸起结构(Dimple)来避免可动结构与邻近结构粘合；
[0028]3.电容补偿结构配合CMP实现结构层平坦化，方便后续小线条图形化。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提出的微机械电容补偿结构设置在电容极板上的截面示意图；
[0030]图2a)、b)、c)、d)依次分别为在电容上极板下方设置本专利技术所述电容补偿结构的步骤a)、b)、c)、d)的示意图；
[0031]图3a)、b)、c)依次分别为在电容下极板上方设置本专利技术所述电容补偿结构的步骤a)、b)、c)的示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例1的截面示意图：下电容(电容1)极板间距小，上电容(电容2)极板间距大，上电容上极板下方设置电容补偿结构，上下电容相等；
[0033]图5为本专利技术实施例2的截面示意图：下电容(电容1)极板间距和上电容(电容2)极板间距相等，下电容的下极板上方和上电容的上极板下方均设有电容补偿结构，上下电容相等；
[0034]图6为本专利技术实施例3的截面示意图：下电容(电容1)极板间距和上电容(电容2)极板间距相等，下电容的上极板下方和上电容的上极板下方均设有电容补偿结构，上下电容
相等；
[0035]图7为本专利技术实施例4的截面示意图：下电容(电容1)极板间距和上电容(电容2)极板间距相等，下电容的下极板上方和上电容的上极板下方均设有电容补偿结构，补偿结构密度分布不均匀，中间补偿结构密度低,越往两侧边缘越密集分布，上下电容相等；
[0036]图8为本专利技术实施例5的截面示意图：下电容(电容1)极板间距和上电容(电容2)极板间距相等，下电容的上极板下方和上电容的上极板下方均设有电容补偿结构，补偿结构密度分布不均匀，中间补偿结构密度低，两侧边缘密集分布，上下电容相等；
[0037]图9为本专利技术实施例6的截面示意图：下电容(电容1)极板间距和上电容(电容2)极板间距相等，下电容的下极板上方和上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机械电容补偿结构，其特征在于，所述电容补偿结构呈柱体、锥体、台体或倒火山口形状，其材料为高介电常数的介质，设置在电容器的极板内侧，用于改变电容。2.根据权利要求1所述的微机械电容补偿结构的制备方法，其特征在于，所述电容补偿结构的材料为氮化硅或由氮化硅包裹氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、氧化铝、三氧化二钇、氧化镧、五氧化二钽、二氧化钛、二氧化铪、氧化锆材料中的一种或多种形成的复合层。3.根据权利要求1所述的微机械电容补偿结构，其特征在于，所述电容补偿结构设置在上极板下方、下极板上方、中间极板上方或/和中间极板下方，用于实现某一侧电容调整或者两侧电容同时调整。4.根据权利要求1所述的微机械电容补偿结构，其特征在于，所述电容补偿结构在极板上的分布密度设置为：均匀分布或两侧密集中间疏松。5.根据权利要求1所述的微机械电容补偿结构，其特征在于，所述电容补偿结构的长度设置为：整个极板上的电容补偿结构长度相同或极板中间的电容补偿结构短、极板两侧的电容补偿结构长。6.一种权利要求1所述的微机械电容补偿结构的制备方法，在电容极板下方设置电容补偿结构时，包括以下步骤：a)在与该电容极板相邻的下极板上沉积牺牲层并图形化，形成辅助实现后续电容补偿结构的凹坑；b)沉积比空气介电常数大的薄膜材料，利用终点刻蚀功能，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何政达，万蔡辛，赵成龙，陈骁，林谷丰，蔡春华，巩啸风，蒋樱，
申请(专利权)人：无锡韦感半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：